Regionalmanagement - aktivregion-nf-nord.de · AktivRegion Nordfriesland Nord Protokoll AG...

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Regionalmanagement 1 von 3 Ergebnisprotokoll Anlass: 2. Treffen der AG „Elektromobilität“ der AktivRegion Nordfriesland Nord Freitag, 09. Oktober 2009, 10:00 – 13:30 Uhr im Amt Mittleres Nordfriesland Moderation: Daniela Bauer + Peter Bielenberg Protokoll: Peter Bielenberg Anwesend: 28 Personen, vgl. Teilnehmerliste Tagesordnung 1. Begrüßung und Vorstellungsrunde 2. Vorstellung Peter Bielenberg / E|M|N, beauftragtes Büro für die Erstellung eines antragsfähigen Umsetzungs- und Finanzierungskonzeptes 3. Vortrag Herr Neumann / ISIT zum Thema Batterien 4. Kurzvortrag Herr Dittmer zum Thema Innoscooter (Elektro-Roller) 5. Verschiedenes Anlagen Anlage 1: Liste der TeilnehmerInnen Anlage 2: Präsentationen zur Veranstaltung TOP 1. + 2. Begrüßung und Vorstellungsrunde Vorstellungsrunde aller Teilnehmer, Vorstellung Peter Bielenberg / EMN TOP 3. Vortrag Herrn Gerold Neumann, Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT in IZ Lithium-Akkumulatoren für die Elektromobilität: Erwartungen, Realität, Alternativen Vgl. Anlage 2 + 3 Folgende Erkenntnisse in Stichworten: - die am meisten verbreiteten Batterien sind Li-Ionen und Li-Ionen-Polymer – Akkus - sie beinhalten verschiedene integrierte Sicherheitssysteme, um die Batterien und die umge- benden Geräte vor Schäden zu bewahren - die am weitesten verbreitete Batterie ist die Sanyo 18650, die in Verbänden zusammenge- schaltet werden und dabei eine rel. aufwändige Regelungstechnik bedürfen - die Lebensdauer wird in Lade-Zyklen beschrieben, die durchgeführt werden können, bis die Leistungsaufnahme nur noch 80% des Ursprungswertes beträgt - sämtliche Anforderungen an die Li-Ionen bzw. Li-Polymer – Akkus stehen untereinander im Zielkonflikt - im bereich der Elektromobilität (PKW) werden unterschiedliche Konzepte verfolgt: Anl. 3 Folie 41 - es gibt noch keine Anschluss- und Einbau-Standards für Fahrzeuge – diese wird es vermutlich auch nicht so schnell geben, weil die Fahrzeughersteller darin einen Großteil ihres Knowhows sehen – und schützen wollen - als ein interessanter Weg wird die (Zwischen-)Speicherung der überschüssigen und/oder aber zu Regelungszwecken benötigte Strommenge in Fahrzeugen sein (können): Anl. 3 Folie 43ff

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Regionalmanagement

1 von 3

Ergebnisprotokoll

Anlass: 2. Treffen der AG „Elektromobilität“ der Ak tivRegion Nordfriesland Nord Freitag, 09. Oktober 2009, 10:00 – 13:30 Uhr im Amt Mittleres Nordfriesland

Moderation: Daniela Bauer + Peter Bielenberg

Protokoll: Peter Bielenberg

Anwesend: 28 Personen, vgl. Teilnehmerliste

Tagesordnung

1. Begrüßung und Vorstellungsrunde

2. Vorstellung Peter Bielenberg / E|M|N, beauftragtes Büro für die Erstellung eines antragsfähigen Umsetzungs- und Finanzierungskonzeptes

3. Vortrag Herr Neumann / ISIT zum Thema Batterien

4. Kurzvortrag Herr Dittmer zum Thema Innoscooter (Elektro-Roller)

5. Verschiedenes

Anlagen

Anlage 1: Liste der TeilnehmerInnen

Anlage 2: Präsentationen zur Veranstaltung

TOP 1. + 2. Begrüßung und Vorstellungsrunde

Vorstellungsrunde aller Teilnehmer, Vorstellung Peter Bielenberg / EMN

TOP 3. Vortrag Herrn Gerold Neumann, Fraunhofer-Ins titut für Siliziumtechnologie ISIT in IZ Lithium-Akkumulatoren für die Elektromobilität: Erwartungen, Realität, Alternativen Vgl. Anlage 2 + 3 Folgende Erkenntnisse in Stichworten:

- die am meisten verbreiteten Batterien sind Li-Ionen und Li-Ionen-Polymer – Akkus - sie beinhalten verschiedene integrierte Sicherheitssysteme, um die Batterien und die umge-

benden Geräte vor Schäden zu bewahren - die am weitesten verbreitete Batterie ist die Sanyo 18650, die in Verbänden zusammenge-

schaltet werden und dabei eine rel. aufwändige Regelungstechnik bedürfen - die Lebensdauer wird in Lade-Zyklen beschrieben, die durchgeführt werden können, bis die

Leistungsaufnahme nur noch 80% des Ursprungswertes beträgt - sämtliche Anforderungen an die Li-Ionen bzw. Li-Polymer – Akkus stehen untereinander im

Zielkonflikt - im bereich der Elektromobilität (PKW) werden unterschiedliche Konzepte verfolgt: Anl. 3 Folie

41 - es gibt noch keine Anschluss- und Einbau-Standards für Fahrzeuge – diese wird es vermutlich

auch nicht so schnell geben, weil die Fahrzeughersteller darin einen Großteil ihres Knowhows sehen – und schützen wollen

- als ein interessanter Weg wird die (Zwischen-)Speicherung der überschüssigen und/oder aber zu Regelungszwecken benötigte Strommenge in Fahrzeugen sein (können): Anl. 3 Folie 43ff

AktivRegion Nordfriesland Nord Protokoll AG Elektromobilität 9.10.2009

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- eine (belastbare) Ökobilanz für Akkus gibt es aufgrund der geheim gehaltenen Zusammenset-zungen noch nicht

- Erwartungen an die Elektromobilität sind möglicherweise zu hoch, - E-Mobility macht auf Dauer nur Sinn, wenn der Strom aus erneuerbaren Primärenergiequellen

kommt - Realität: steht hinter den Erwartungen zurück bzgl. Verfügbarkeit, Kosten, Reichweitenerwar-

tungen (Energiedichten) - Alternativen: verbrauchsoptimierte Verbrennungsmotoren mit Biokraftstoffen? // Brennstoffzel-

le? // Redox-Flow-Batterien? // Metall-Luft-Systeme?

TOP 4. Kurzvortrag Herr Dittmer zum Produkt Innosc ooter (Elektroroller) Einsatz, Erfahrungen, Tipps Vgl. Anlage 3 + 4

TOP 4. Verschiedenes

- Hinweis auf nächste AG-Sitzung am 14. Oktober 2009, 14:00 Uhr in Bredstedt

Peter Bielenberg

Husum, 31.8.2009..

Anlage 1: Liste der TeilnehmerInnen

AG Elektromobilität am 9.10.09 Andresesen Christian Solarpark Asmussen Reinhard Bauer Daniela RM Becker Heinrich BWE Bielenberg Peter EMN EnergieManufaktur Nord Bockholt Wilfried Niebüll Bohns Claus Solar / Wind-Speicher Brodersen Berthold Kreishandwerkerschaft Brodersen Hauke Föhrer Windkraft GmbH & Co. Brodersen Joh.H. Windkraft-Fahrrad Mobilität Carstensen Christine Solar-Energie Andresen

Christiansen Reinhard ARGE Netz NF Dittmer Andreas Innoscooter-Vertretung SH Fridriszik Boris Bauernverband Graack Hans-Rudolf Solar / Wind-Speicher.. Grundmann Martin ARGE Netz NF Harder Hauke Eta-Energietechnik Hüppauf, Dr. Matthias WFG NF Jensen Marten G.E.O., Easywind Knackfuß Mai-Inken S.A.T. Lesch Mogens SSW NF /Bio Solar Haus Mahrt Christian Simonsberg Oldsen Olde Akt. Bündnis Energieent. Petersen Beate (Pellworm) Petersen Peter R. Gem. Bordelum/Amt MNF

AktivRegion Nordfriesland Nord Protokoll AG Elektromobilität 9.10.2009

3 von 3

Rosengren Anja DJH-Lvb Nord… Runte Klaus G.E.O.mbH Wilmes Bernd (Pellworm) Winter Hinrich Berufsbildende Schulen

Anlage 2: Präsentationenen zur Veranstaltung

siehe gesonderte Anlagen

1) Kurzfassung Neumann / ISIT (pb)

2) Vortrag Neumann / ISIT

3) und 4) Informationen zum Innoscooter

1 www.aktivregion-nf-nord.de

AktivRegion Nordfriesland Nord

Kurzprotokoll Vortrag ISET Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT: Lithium-Akkumulatoren für die Elektromobilität: Erwartungen, Realität, AlternativenGerold NeumannFreitag, 09.10.2009, Bredstedt

2 www.aktivregion-nf-nord.de

"Executive Summary"

3 www.aktivregion-nf-nord.de

4 www.aktivregion-nf-nord.de

1010 = 10.000.000.000 = 10 Mrd.

108 = 100.000.000 = 100 Mio.

104 = 10.000 = 10 Tsd.

102 = 100 = 1 Hundert

5 www.aktivregion-nf-nord.de

SA

NY

O 18560

6 www.aktivregion-nf-nord.de

7 www.aktivregion-nf-nord.de

8 www.aktivregion-nf-nord.de

9 www.aktivregion-nf-nord.de

� Erwartungen an die Elektromobilität:– (zu?) hoch,– E-Mobility macht auf Dauer nur Sinn, wenn der Strom

aus erneuerbaren Primärenergiequellen kommt !

� Realität:– steht hinter den Erwartungen zurück bzgl.

• Verfügbarkeit, • Kosten, • Reichweitenerwartungen (Energiedichten)

� Alternativen:– verbrauchsoptimierte Verbrennungsmotoren mit Biokraftstoffen?

– Brennstoffzelle?

– Redox-Flow-Batterien?– Metall-Luft-Systeme?

Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT

Lithium-Akkumulatoren für die Elektromobilität: Erwartungen, Realität, Alternativen

Gerold Neumann

Fraunhofer ISIT

Fraunhofer Str. 1

D-25524 Itzehoe

Tel.: +49 (0) 4821 / 17-42 19

[email protected]

http://www.isit.fraunhofer.de

page 2AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Übersicht

• Fraunhofer Gesellschaft/Fraunhofer ISIT

• Batteriegruppe am ISIT

• Elektrochemische Energiespeicher in der Übersicht

• Lithium-AkkumulatorenFunktion, Aufbau, Materialien, Lebensdauer, Sicherheit, Systemtechnik

• Elektromobilität

• Batteriewechselsysteme

• Vehicle-to-grid

• Alternative Speicherkonzepte für „Stromtankstellen“

• Ökobilanz

• Resümee

page 3AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Fraunhofer-Gesellschaft

• Führende Organisation für angewandte

Forschung in Europa. Gegründet 1949.

• 56 Institute an 40 Standorten in Deutschland

• 13.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

• Jährliches Forschungsvolumen ca. 1,3 Mrd. Euro

• Finanzierung

35% Grundlagenforschung

35% Auftragsforschung

30% öffentlich finanzierte Projekte

• Namenspatron: Joseph von Fraunhofer

(1787 bis 1826)

page 4AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Fraunhofer ISIT

• Forschungs- und Entwicklungs-

zentrum für Mikroelektronik

und Mikrosystemtechnik

• In Itzehoe seit 1995

• Erstinvestition: 125 Mio. €

Investition bis 2007: >250 Mio. €

• Mitarbeiter: ca. 150

• Zertifiziert nach ISO 9001:2000

• Institutsleiter:

Prof. Wolfgang Benecke

Vertreter: Dr. Wolfgang Windbracke / Dr. Bernd Wagner

page 5AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Ausstattung

• Professionelle Halbleiterproduktionsliniefür 200 mm Wafer auf 2500 m² ReinraumflächeKapazität: 250 000 Wafer pro Jahr

• Technologielinie für MEMS-Prozesse Entwicklung und Produktionauf 500 m² Reinraumfläche

• Chemisch mechanisches Polieren (CMP) auf 200 m² Reinraumfläche

• Verschiedene Entwicklungslabore auf 1500 m²

• Pilot-Fertigungslinie fürLithium-Polymer-Akkumulatoren

Fraunhofer ISIT

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Wirtschaftsdaten 2007

Erträge: ca. 19 Mio €EU13,6%

Land-SH / BMBF 5,9%

BMVG 0,6%

Sonstige 2,8%

Industrie77,1%

Prozentuale Verteilung der Erträge

Fraunhofer ISIT

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Partnerunternehmen des ISIT in Itzehoe

PowerMOS Halbleiterhersteller

Hersteller von MEMS Bauelementen und Mikro-systemen, Schwerpunkt KFZ-Inertialsensoren

Anwendungslabor für CMP Prozesse

Elektrische Biochips und Analysesysteme

Glass-Wafer-Substrate, optische Komponenten und Wafer-Level-Packaging

Lithium-Polymer-Akkumulatoren

Fraunhofer ISIT

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FhG-ISIT:

Lithium-Polymer-

Technologie

Materialzulieferer

•Anoden

•Kathoden

•Ruße

•Binder

•Separatoren

•Elektrolyte

•Stromableiter

Anwender

•Konsumer

•Automotive

•Medizin

•Maritime Technik

•Regenerative Energien

• …

Flexibles Design

Fraunhofer ISIT: Batteriegruppe

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Entwicklung, Charakterisierung und Kleinserienfertigung von Lithium- Polymer-Akkumulatoren:

•Entwicklung von Folienrezepturen

•Erprobung neuer Materialien in Halbzellen- und Vollzellenanordnungen

•Bau von Kleinstserien in besonderen Formaten bzw. mit speziellen Eigenschaften

•Anpassung von Elektrolyten

•Fehlerbegutachtung

•Beratungsdienstleistung, Studien, Schulungen

Fraunhofer ISIT: Batteriegruppe

page 10AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

•Zellen für UUV

•Hörgeräte-Zellen (EU-Projekte HARPOS, MINAMI)

•Amagnetische Zellen

•Zellen für Zwischenspeicherung regenerativ erzeugten Strom

•Zellen für erhöhte Temperaturen

•div. Automotive-Projekte

•Flexible Zellen (EU-Projekt MINAMI)

•Zelltests für Materialentwickler

•Zellen für mobile Anwendungen (Siemens Penphone)

•Begleitung von Fertigungsprozessen

•Zellen für UUV

•Hörgeräte-Zellen (EU-Projekte HARPOS, MINAMI)

•Amagnetische Zellen

•Zellen für Zwischenspeicherung regenerativ erzeugten Strom

•Zellen für erhöhte Temperaturen

•div. Automotive-Projekte

•Flexible Zellen (EU-Projekt MINAMI)

•Zelltests für Materialentwickler

•Zellen für mobile Anwendungen (Siemens Penphone)

•Begleitung von Fertigungsprozessen

Kapazität: 40 Ah, 3,7 V

Fraunhofer ISIT: Batteriegruppe

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Wiederaufladbare Elektrochemische Energiespeicher

Wandler mit integrierter Speicherung Wandler mit externem Speicher

Akkumulatoren Brennstoffzelle Redox-Flow

niedertemperatur hochtemperatur

•Blei-Säure

•NiCd

•NiMH

•Li-Ionen

•Li-Ionen-Polymer

•Li-Luft

•Li-Schwefel

•Natrium-Schwefel

•NaNiCl (Zebra)

•(Li-Polymer)

• …

•PEM

•SOFC

• …

•Vanadium

•Fe/Cr

SuperCaps

Übersicht Elektrochemische Energiespeicher

page 12AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

100

200

300

400

500

100 20050 150

vol. E

ne

rgie

dic

hte

[W

h/l]

grav. Energiedichte [Wh/kg]

Pb

NiCd

NiMH

Lithium-Ionen/

Lithium-Ionen-Polymer

LEICHTER

KLE

INE

R

Vergleich Akku-Technologien

page 13AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

201020001990

Li-Polymer

Alte Technologien: Blei, (NiCd), NiMH

Li-Ionen

Akku-Technologien auf der Zeitskala

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Lithium-Ionen Lithium-(Ionen)-Polymer

Lithium-Akkus: Technologievarianten

page 15AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Prismatischen Zellen Rundzellen

Lithium-Akkus: Technologievarianten

page 16AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Bleisäure Ni-Cd Ni-MH Li-Ion/ Li-Polymer

Na-NiCl(Zebra)

Na/S

Energiedichte [Wh/kg]

20 - 50 25 - 60 55 - 100 70 - 200 80 - 120 130

Energiedichte [Wh/l]

60 - 95 20 25 120 - 500 150 - 180 80 - 100

Leistungsdichte [W/kg]

100 600 700 300 – 5.000 90 - 170 90 - 110

Zyklenzahl (80% Nennkapazität)

200 - 300 1.000 –4.000

100 - 800 300 – 500 bis 10.000

600 – 3.700 bis 2.500

Selbstentladung/ Monat

5% 5 – 20% 30% 5 – 10%

Nennspannung 2V 1,2V 1,25V 1,8 – 3,7V 2,58V 2,1V

Überladetoleranz hoch mäßig schwach (sehr) gering

Schnellladezeit 8 – 16h 1h 2-4h 1 – 4h

Ladefaktor 80 – 90% 60 – 70% -70% 90 – 98% 91% 85%

Arbeitstemperatur-bereich

-40 – 60°C -40 – 60°C 0 – 50°C -20 – 60°C 280 – 330°C 285 – 380°C

Memory-Effekt nein (ja) (ja) nein nein nein

Akku-Technologien im Vergleich

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Lithium-Akkus: Funktionsprinzip

page 18AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

0 eV

1 eV

2 eV

3 eV

4 eV

5 eV

6 eV

LiLi Cx 6

Li Cx 1 2

Li WOx 2

Li MoOx 2

Li Ti O4 + x 5 1 2

Li CoOx 2

Li Mn Ox 2 2

Li NiVOx 4

LiF

positiveElektrode

negativeElektrode

Lithium-Akkus: Elektrodenmaterialien

page 19AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Material Spez. Kapa-zität [mAh/g]

U vs. Li/Li+

Zykel-barkeit

Sicherheit

LiCoO2 155 3,9 Thermal Runaway, exotherme Reaktion

!

LiFePO4 140 3,5

LiMn2O4 140 4 !

LiNixCoyAlzO2 (NCA)

181 4,2 Thermal Runaway, exotherme Reaktion

!

LiNixMnyCozO2 (NMC)

160 4,2 ?

….

Kathodenmaterialien

Lithium-Akkus: Elektrodenmaterialien

page 20AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Material Spez. Kapa-zität [mAh/g]

U vs. Li/Li+

Zykel-barkeit

Sicherheit

Grafit 330 … 370 0,1 …0,6

! Überladung vermeiden, Lithiumabscheidung

!

Li4Ti5O12 155 1,6

Silizium (Li4,2Si) > 4000 0,5 ?

Hard Carbons >> 350 0,6 ? Überladung vermeiden, Lithiumabscheidung

!

Zinnverbindungen (Li22Sn5)

950 0,42 …0,66

? ?

Lithium 3800 0 Dendritenbildung !

….

Anodenmaterialien

Lithium-Akkus: Elektrodenmaterialien

page 21AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Hersteller LiFePO4/Grafit:

Gaia, Saft, A123, …

Hersteller LiCoO2/Li4Ti5O12

Leclanché Lithium, Altairnano,

Enerdel, Toshiba

Referenz

Kathoden-materialien: Q4/2005

Lithium-Akkus: Elektrodenmaterialien

page 22AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Typ LeitsalzLösemittelzu-

sammensetzungSiedetemp.

(°C)Schmelz-

temp. (°C)

Standard LP30

LiPF6

Ethylencarbonat (EC) 247 … 249 35 … 39

Dimethylcarbonat (DMC) 90 0,5 … 4,7

•Elektrolyte sind (leicht) brennbar

•Leitsalz ist bei Kontakt mit Feuchtigkeit hochkorrosiv

Lithium-Akkus: Elektrodenmaterialien

page 23AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Dell recalled 4.1 million Notebook PC (18% Dell sold during April 2004~July 2006)Damage (approx. 200~300 million US$) => Sony Energy Device

•seit 2003 hat die amerikanische Verbraucherorganisation 339 Fälle mit erhitzten oder in Brand geratenen Lithium-Akkus registriert

•2006 riefen Dell, Apple, Toshiba und Sony ca. 9 Mio. Laptops mit potentiell gefährlichen Sony-Akkus zurück

•März 2007 Rückruf von 200.000 Lenovo-Notebooks mit Sanyo-Akkus

Lithium-Akkus: Sicherheit

page 24AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Energieinhalt verschiedener Energieträger im Vergleich

Energieträger Energieinhalt [Wh/kg]

Kernfusion 1,2 x 1010

Kernspaltung 1,7 x 108

Wasserstoff 3,3 x 104

Benzin 1,3 x 104

Methanol 5,5 x 103

Schwarzpulver 7,5 x 102

Lithium-Akkumulatoren

1,5 … 2 x 102

Supercap 5 x 10-2

1 Tafel Vollmilchschokolade

(100 g):

6,4 x 102 Wh !!

Lithium-Akkus: Sicherheit

page 25AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Lithium-Akkumulator

Nicht reversible Umsetzung chemischer Energie in Wärme

Störfall

reversible Umsetzung zwischen chemischer und elektrischer Energie

Betriebsverhalten

"

Lithium-Akkus: Sicherheit

page 26AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Fehlbehandlung, Fehlauslegung:

• Mangelhafte Einzelzellenkontrolle

• mangelhaftes thermisches Management

Einzelzelle Akkublock

Folgen:

• Gasbildung

• Erhitzung

• Thermal Runaway

• Gasbildung

• Erhitzung

• Thermal Runaway

• „Dominoeffekt“

•Kurzschluss- intern- extern

•Überladung•Überhitzung•Tiefentladung•Verschleppte Fremdstoffe•Fehldimensionierung

Lithium-Akkus: Sicherheit

page 27AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Burstventil Thermoschalter

Schutzbeschaltung

Schutz vor

•Überladung

•Tiefentladung

•Externer Kurzschluss

Lithium-Ionen-Akkumulator:

Burstventil Thermoschalter

Schutzbeschaltung

Schutz vor

•Überladung

•Tiefentladung

•Externer Kurzschluss

Lithium-Ionen-Akkumulator: Lithium-Polymer-Akkumulator:

•Tütennaht ist Sollbruchstelle

•Schutzbeschaltungist ebenfalls erforderlich

Lithium-Polymer-Akkumulator:

•Tütennaht ist Sollbruchstelle

•Schutzbeschaltungist ebenfalls erforderlich

Lithium-Akkus: Sicherheit

page 28AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Lithium-Akkus: Sicherheit auf Zellebene

page 29AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

•Quetschtest (Pressen zwischen zwei Platten mit 17,2 MPa bei RT)

•Nail penetration (Durchstoß mit einem Stahlstift bei RT, Ø: 4,3 mm)

•Kurzschlusstest (Kurzschluss bei RT ohne forcierte Kühlung)

•Feuertest (mit einem Brenner auf Stahlgewebe in 38,1 mm Abstand erhitzen)

•Erwärmungstest (Erhitzen im Backofen; 5°C/min, 10 min auf 150°C halten)

•Spannungsumkehr auf -12V

•Überladung (Überladung auf 150% der Nominalkapazität, Umax: 12 V)

• …

Standardtests nach „Underwriter Laboratories“ (UL 1642), USA

Lithium-Akkus: Sicherheitstests auf Zellebene

page 30AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Nail Penetration

Überladung

Feuertest

Beispiele

Lithium-Akkus: Sicherheitstests auf Zellebene

page 31AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Lithium-Akkus: Sicherheit auf Systemebene

Schutzbeschaltung Einzelzelle

Schutz vor:

•Überladung

•Tiefentladung

•externem Kurzschluss

•(Überhitzung)

page 32AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Beispiel hochkomplexer Akkublöcke: TESLA-Roadster

•Überwachung eines Akkumodules mit 6831(!) Einzelzellen

•255 V, 200 Ah

Lithium-Akkus: Sicherheit auf Modulebene

page 33AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Lithium-Akkus: Sicherheit auf Modulebene

page 34AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Lithium-Akkus: Lebensdauer

Lebensdauer:

- kalendarische Lebensdauer (parasitäre Reaktionen)

abhängig von- Umgebungsbedingungen

- Materialwahl/elektrochemisches System

- Zykellebensdauer (Nutzerverhalten)

abhängig von

- Nutzungsprofil

- elektrochemisches System

- Entladetiefe

page 35AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

cycled at 37 °C; cycled with C-rate; 100% DOD

01020

304050607080

90100110

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

C ycle

LiCoO2/Sep/Li4Ti5O12

Lithium-Akkus: Zykellebensdauer 1

Quelle: Fraunhofer ISIT

Quelle: AltairNano

LiMn2O4/Sep/Li4Ti5O12

page 36AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

LiFePO4/Sep/Grafit

Quelle: A123 Systems

Lithium-Akkus: Zykellebensdauer 2

Quelle: Panasonic

LiCoO2/Sep/Grafit

page 37AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Lithium-Akkus: Zykellebensdauer 3

Teilentladefestigkeit

page 38AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Lithium-Akkus: Ladetechnik

Methode: CC/CV-Verfahren

Quelle: Panasonic

page 39AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Kosten

Sicherheit

EntladetiefeEnergiedichte vol./grav.

Lebensdauer kalendarisch, Zykeln

Temperaturbereich

Geometrie, Biegbarkeit

Belastbarkeit

Lithium-Akkus: eine Ansammlung von Zielkonflikten

page 40AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Hersteller: Sanyo 18650

Zelltyp Kapazität [mAh]

Gewicht [g]

Anmerkungen Wh/kg W/kg

18650 F3 2500 47 High energy Anwendungen; 2005 Version

197 390

18650 F1 2100 47 High energy application; 2001 Version

165 330

18650 Y 1900 43,3 Energy/Power Kombination 162 970

18650 W 1500 44,4 High Power Anwendungen 125 1600

18650 SA 1200 41 Ultra High Power Anwendungen

108 2200

Beispiel: Leistungsdichte - Energiedichte

page 41AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

HEV

Hybrid

Electric

Vehicle

Micro

Hybrid

Start-Stop-Funktion mit Bremsenergierückgewinnung

(Kurbelwellen-Starter-Generator);

Beispiel: BMW 1er Modelle ab 2007

Blei-Akku High

Power

Mild Hybrid Booster-Funktion für den Verbrennungsmotor, mit

Bremsenergierückgewinnung;

Beispiel: Daimler S-Klasse 400

NiMH; Lithium-

Ion

High

Power

Full Hybrid Kurze Strecken rein elektrisch, mit Bremsenergie-

rückgewinnung;

Beispiel: Toyota Prius

NiMH; Lithium-

Ion

Power/

Energy

Plu-In-

Hybrid

Größere Fahrstrecken rein elektrisch, mit Brems-

energierückgewinnung und zusätzlichem

Ladevorgang über die Steckdose

Geplant:

Lithium-Ion

High

Energy

EV Electric

Vehicle

Elektrofahrzeug mit rein elektrischem Antrieb,

Reichweite mind. 200 km mit 4 Fahrzeuginsassen

Geplant: Lithium-

Ion ggf. mit

Range-Extender

(Verbrennungs-

motor, BZ)

High

Energy

Elektromobilität

page 42AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Batteriewechselsysteme

Projekt Betterplace: geplant in Modellregionen (Israel, Dänemark, …?)

Elektromobilität mit Wechselstationen ab 2011

Probleme:

• (Noch) keine Standards

• Bisher macht nur Renault- Nissan mit

• Wer trägt welche Kosten?

page 43AktivregionNF/ISIT/GN/10-09

Elektroautos als Energiespeicher (Vehicle to grid, V2G)?

Probleme:• Kostenmodell?• Wer hat „Verfügungsrecht“ über Akkus?• Infrastruktur intelligenter Ladestationen in Haushalten?

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- Energiebedarf: 16 … 20 kWh/100 km in Mitteleuropa

- angenommene Reichweite: 200 km

=> ca. 50 kWh/Fahrzeug

- Projektion: 1 Mio E-Fahrzeuge in 2020

=> 50 GW Speicher verteilt im Netz

- Statistik: selbst in der Rushhour sind nur ca.5% der zugel. PKW auf der Strasse unterwegs

=> verfügbare Regelenergiespeicherkapazität > 40 GW!!

- installierte Regelleistung in 2015 in Form von Pumpspeicher- und Wasserkraftwerken in Deutschland: ca. 5 GW!!

Regelrelevanz von V2G für das Netz

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Alternativen der Zwischenspeicherung von Strom

Quelle: TAB 2008

Was fehlt?

1. Kosten der Technologien

2. Politisch-gesellschaftliche Durchsetzbarkeit

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Ökobilanz

??KEINE belastbaren Daten bzw. Untersuchungen bis heute verfügbar

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Resümee

Erwartungen an die Elektromobilität:

- (zu?) hoch,

- E-Mobility macht auf Dauer nur Sinn, wenn der Strom aus erneuerbaren Primärenergiequellen kommt

Realität:

steht hinter den Erwartungen zurück bzgl. Verfügbarkeit, Kosten, Reichweitenerwartungen (Energiedichten)

Alternativen:

- verbrauchsoptimierte Verbrennungsmotoren mit Biokraftstoffen?

- Brennstoffzelle?

- Redox-Flow-Batterien?

- Metall-Luft-Systeme?

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Vielen Dank für Ihre

Aufmerksamkeit

Neuer Elektroroller von Innoscooter mit bis zu 150 km Reichweite

Geschrieben von Markus Pflegerl Montag, 11. Juni 2007

(Quelle: Innoscooter) Vaihingen - Der Elektroroller EM2500-LITHIUM besticht durch einen leisen und dennoch durchzugsstarken 2500 Watt Radnabenmotor direkt im Hinterrad integriert. Diese Konstruktion verzichtet auf Riemen, oder Kettenübersetzung und bringt das Drehmoment di rekt, verlustarm auf die Strasse. Ein sehr gutes Anfahrdr ehmoment sowie ausreichende Steigfähigkeit bis zu 16% sind d ie Folge. Die von Innoscooter entwickelte Lithiumbatterie transportiert Sie umweltfreundlich bis zu 150 km weit und das mit nur einer

Batterieladung. Natürlich können Sie den Scooter jederzeit zwischenladen, die Aufladung des Akkus erfolgt problemlos an jeder 220/230 Volt Steckdose. Das Ladegerät ist selbstverständlich im Lieferumfang enthalten und kann bequem unter dem Sitz verstaut werden oder wird praktisch im Fahrzeug montiert. Mit Energiekosten von ca. 70 Cent pro 100 km wohl eine der sparsamsten Möglichkeiten sich motorgetrieben fortzubewegen. Geschwindigkeitsanzeige, Kilometerzähler, Batterieladezustandsanzeige, abschließbares Helmfach, sowie Gepäckträger gehören ebenso zur Serienausstattung wie Hauptständer und Seitenständer. Der Seitenständer ist mit einer Sicherheitsabschaltung versehen, so dass bei ausgeklappten Seitenständer kein Fahrbetrieb möglich ist. Zwei Handbremsen, die bei Betätigung die Stromzufuhr zu Motor sofort unterbrechen, runden die Sicherheitsausstattung ab. Der EM2500-LITHIUM verfügt über einen ECO-Schalter. Sie können die Maximalleistung des Antriebes zwischen 100% und 50% wählen. Damit ist es entweder möglich sportlich flott mit höchstem Drehmoment unterwegs zu sein oder mit sanfter Beschleunigung für maximale Reichweite und Schonung der Batterie. Der EM2500-LITHIUM ist vom TÜV geprüft und hat eine europäische Straßenzulassung . Er benötigt ein kleines Moped-Versicherungskennzeichen und ist steuerfrei. Der EM2500LITHIUM darf ab 16 Jahren schon gefahren werden. Technische Details: Modell EM2500 LITHIUM Abmessungen: L= 1830 x B= 660 x H="1100mm" Eigengewicht 106 kg Zulässiges Gesamtgewicht 260 kg Geschwindigkeit gedrosselt auf 45 km/h Reichweite pro Ladung ca. 160 km , abhängig vom Fahrstil und Bodenbeschaffenheit Motorleistung Nennleistung 2500 Watt Überlastschutz 65 A INNOSCOOTER Lithium-Ionenbatterie, ca. 1500 Ladezyklen Ladezeit: ca. 5 Stunden Eingangsspannung am Ladegerät 220/230 Volt Wechselstrom, Ausgangsspannung: 48 Volt Steigung am Berg bis 16% Antriebsart: Bürstenloser Radnabenmotor Reifen: 3.0-10 Ladespannung: Ladegerät Ausgang: 48 Volt Zwischenladung jederzeit möglich, Batterie ist ohne Memory-Effekt Ausführliche Ausstattungsdetails Bremse vorn: Handbremse Scheibenbremse hydraulisch

Bremse hinten: Handbremse Trommelbremse mechanisch Federung : Vorn und hinten Diebstahlsicherung durch integriertes Lenkradschloss Ablageraum unterem Sitz; optional zusätzliches Topcase Batterie Ladezustandsanzeige Geschwindigkeitsanzeige Kilometerzähler ECO Schalter für den sparsamen Betrieb Ladegerät im Lieferumfang Hauptständer, Seitenständer Lieferbare Farbe : Blau/Silber, Rot/Schwarz, Gelb/Schwarz Preis: ab 3190,- € inkl. 19% MwSt. Bildmaterial: Innoscooter Haug&Luithle GmbH

InnoScooter Elektroroller

EM2000 – 2,5 kW – 2 SITZER

Zul. Gesamtgewicht 260 kg

gedrosselt auf 45 km/h

Motorleistung 2000 und 2500 Watt

AGM-Batterie*

Steigung am Berg bis 15%

ab 1.899,- € inkl. 19% MwSt.

(ab 1.595,80 € netto)

Modell-Details anzeigen

InnoScooter Elektroroller

EM2500 – 3,0 kW – 2 SITZER

Zul. Gesamtgewicht 260 kg

gedrosselt auf 45 km/h

Motorleistung 3000 Watt

AGM-Batterie*

Steigung am Berg bis 18%

ab 2.090,- € inkl. 19% MwSt.

(ab 1.756,30 € netto)

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InnoScooter Elektroroller

EM2500-LITHIUM – 2 SITZER

Zul. Gesamtgewicht 260 kg

gedrosselt auf 45 km/h

Motorleistung 3000 Watt

Lithium-Polymer-Batterie(Wechselsystem)

Steigung am Berg bis 18%

ab 3.690,- € inkl. 19% MwSt.

(ab 3.100,84 € netto)

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InnoScooter Elektroroller

EM6000-Maxi – 2 SITZER

Zul. Gesamtgewicht 279 kg

81 km/h (gedrosselt 45 km/h)

Motorleistung bis 5000 Watt

AGM Batterie

Steigung am Berg bis 18%

ab 3.490,- € inkl. 19% MwSt.

(ab 2.932,77 € netto)

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Modellübersicht | InnoScooter Elektroroller - Die neue Generation der ... http://www.innoscooter.de/de/Modelle.html

1 von 3 14.10.2009 03:55

InnoScooter Elektroroller

EM6000-Maxi-Lithium – 2 SITZER

Zul. Gesamtgewicht 279 kg

90 km/h (gedrosselt 45 km/h)

Motorleistung bis 6000 Watt

Lithium-Eisen-Ionen Batterie

Steigung am Berg bis 20%

ab 4.690,- € inkl. 19% MwSt.

(ab 3.941,18 € netto)

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InnoScooter Elektroroller

EM5000-Lithium – 2 SITZER

Zul. Gesamtgewicht 279 kg

max. 82 km/h

Motorleistung 5500 Watt

Lithium-Eisenphosphat-Batterie

Steigung am Berg bis 24%

ab 4.285,- € inkl. 19% MwSt.

(ab 3.600,84 € netto)

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